KAJIAN SIFAT-SIFAT FISIK BUAH DAN BIJI KAKAO ( Theobroma cocoa L.) Andasuryani 1), Nurluthfi Putra 2), Sandra Malin Sutan3) 1)
Dosen Program Studi Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Univ. Andalas E-mail:
[email protected] 2) Alumni Mahasiswa Program Studi Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Univ. Andalas 3) Dosen Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Univ. Brawijaya E-mail:
[email protected] ABSTRAK Sifat-sifat fisik dari buah dan biji-bijian sangat diperlukan untuk desain peralatan penanganan, transportasi, proses dan penyimpanan. Rata-rata dimensi mayor, intermediat dan minor dari biji kakao dari 100 biji kakao adalah 22,38 mm, 13,18 mm dan 7,14 mm. Diameter ekivalen dan sphericity dari biji kakao dengan menggunakan diameter aritmetika, geometri, dan kuadrat berturut-turut adalah 13,50 ± 0,93 dan 0,57 ± 0,04. Volume, luas permukaan, bulk density, true density, porosistas, angle of friction dan angle of repose dari biji kakao berturut-turut 168,63 mm3, 63,48 mm2, 0,42 g/cm3, 1,0014 g/cm3, 350, dan 56,26,%. Variasi kadar air bahan berpengaruh terhadap dimensi aksial, luas permukaan dan volume biji kakao. Diameter ekivalen, sphericity, volume dan luas permukaan buah kakao berturut-turut 10,63 cm, 0,64, 394,43 cm3 dan 285,34 cm2. Nilai sphericity yang kecil dari 1 menunjukkan bahwa buah kakao berbentuk oblong dengan ukuran dimensi minor 49,75 % dari dimensi mayor. Katakunci: biji kakao, density, diameter ekivalen, sifat-sifat fisik, sphericity PENDAHULUAN Tanaman kakao (Theobroma cacao L.) merupakan tanaman perkebunan yang sudah lama dikenal di Indonesia sejak tahun 1560. Akan tetapi, baru pada tahun 1951 menjadi komoditi penting dan mempunyai prospek cerah untuk dikembangkan. Tanaman kakao termasuk famili sterculiaceae yang tumbuh baik pada iklim yang suhunya teratur dan cukup lembab. Hasil utama dari tanaman kakao adalah biji kakao. Biji kakao dapat diolah menjadi berbagai produk pangan, yang tentu saja sebelum dapat dikonsumsi, biji kakao tersebut akan mengalami perbagai tahapan atau proses pengolahan. Aremu dan Fowowe (2000) menyatakan bahwa semua kegiatan proses dan penanganan pasca panen seperti ekstraksi, pencucian, pengirisan, penghancuran, pengupasan yang dilakukan secara manual akan digantikan oleh alat, peralatan dan mesin untuk proses-proses tersebut. Bagaimanapun juga, sebelum mendisain dan fabrifikasi dari mesin-mesin ini, diperlukan pertimbangan beberapa sifat fisik dari biji-bijian. Selanjutnya, Asoegwu (1995); Asoegwu dan Maduike (1999); Aviara et al., (1999); Gupta dan Nachiket (1999), menyatakan bahwa sifat-sifat fisik juga dibutuhkan untuk disain dan analisis peralatan dan sistem untuk penanganan, prosesing dan penyimpanan. Teknik prosesing dan penanganan yang baik dari biji kacang Afrika membutuhkan keakuratan sifatsifat fisik seperti bentuk, ukuran, porositas, luas permukaan, bulk density (Alabadan, 1996). Berat, volume, densitas biji – bijian, diameter mayor, intermediet, minor dan rata-rata (aritmetika, geometrik, kuadrat dan ekivalen) dapat digunakan untuk mengkarakteristikan biji kacang (Carman,1996; Dutta et al., 1988; Deshpande et al., 1993; Aviara et al., 1999; Suthar dan Das,1996). Tabatabaeefar et al., (2002) menyatakan bahwa perlunya studi sifat fisik (indikator kualitas biji) dari Iranian pea untuk disain dan konstruksi ayakan dan mesin grading. Informasi ukuran yang berhubungan dengan berat bahan adalah penting untuk grading, keseragaman dan pengemasan di dalam kotak-kotak standar atau karton (Singh et al., 2004) dan di dalam pemisahan ayakan dan operasi penggilingan (Wilhelm et al., 2004). Nelson (2002) menentukan koefisien volume ( rasio volume terukur terhadap dimensi orthogonal produk) dan digunakan untuk memperkirakan volume dan density biji dari data dimensi biji dan berat biji. Bulk density, densitas biji-bijian dan porositas berguna dalam penyimpanan, transportasi dan sistem pemisahan ( Kachru et al., 1994; Oh et al., 2001; Ureña et al., 2002). Densitas berguna dalam konversi matematika dari masa biji terhadap volume dan mempengaruhi teksturnya. Selain itu, juga bermanfaat pada operasi pindah panas. Bulk density dapat mengidentifikasikan derajat perkecambahan selama pertumbuhan dan selanjutnya indikator kualitas dan prediksi didalam sifat mudah pecah dan kekerasan, penepungan dan kualitas pemanggangan (baking qualitas) (Chang, 1988). Data kecambah dan bulk density telah digunakan di dalam penentuan sifat dielektrik biji-bijian (Nelson dan You, 1989) dan untuk menentukan fraksi volume yang digunakan di dalam persamaan campuran dielektrik (Nelson,1992). Porositas dengan kata lain membiarkan fluida seperti udara dan cairan untuk mengalir melewati massa partikel dalam aerasi, pengeringan, pemanasan, pendinginan, dan operasi penyulingan. Ukuran biji-bijian dinyatakan oleh diameter ekivalen dan sphericity diperlukan untuk menggambarkan bentuk biji-bijian. Luas
Jurnal Teknologi Pertanian Andalas Vol. 19, No.1 Maret 2015. ISSN 1410-1920 Andasuryani, Nurluthfi Putra, Sandra permukaan berhubungan dengan ukuran dan porositas juga tergantung pada bentuk biji, yang bermanfaat dalam perhitungan laju pemanasan, pendinginan, pembekuan dan pengeringan dan di dalam disain penukar panas (heat exchanger), evaporator, pengeringan dan peralatan filtrasi. Disamping itu juga digunakan untuk memperkirakan jumlah lilin atau kertas pembungkus yang dipakai untuk buah-buahan (Asoegwu et al., 2006). Sphericity didefinisikan sebagai ratio luas permukaan dari benda bulat yang mempunyai volume sama dari partikel terhadap luas permukaan partikel. Sphericity dari biji-bijian yang berbeda akan bervariasi secara luas. Bulk density dari biji-bijian dapat ditentukan dengan mengukur berat dari volume biji-bijian yang telah diketahui dengan mengisi sebuah silinder. Perbandingan massa terhadap volume bahan tanpa ruang kosong dikenal dengan istilah true density. Teknik yang sederhana untuk mengukur true density adalah dengan metode perpindahan cairan. Porositas didefenisikan sebagai persentase volume dari ruang antar biji-bijian terhadap total volume dari biji-bijian. Persentase kosong dari biji-bijian yang berbeda sering dibutuhkan dalam pengeringan, aliran udara, dan aliran panas biji-bijian. Porositas tergantung pada bentuk, dimensi dan kekasaran permukaan biji-bijian. Sifat angle of repose dan friction dari biji-bijian memegang peranan yang penting dalam disain hopper, saluran untuk meluncurkan barang-barang ke bawah, pengeringan, kotak penyimpanan dan beberapa peralatan untuk aliran biji-bijian. Koefisien friction antara biji-bijian adalah sama dengan sudut tangen dari gesekan internal bahan. Koefisien friction tergantung pada bentuk biji, karakteristik permukaan dan kandungan air (Chakraverty dan Singh, 2001). Densitas dan specific gravity digunakan untuk perhitungan diffusitas thermal dan bilangan Reynold (Chakraverty dan Singh, 2001). Data sifat-sifat fisik dari bahan pertanian mempengaruhi bagaimana bahan tersebut diproses, ditangani, disimpan, dikonsumsi, dan sangat dibutuhkan di dalam disain alat tanam, alat panen dan operasi pasca panen seperti pembersihan, pengangkutan dan penyimpanan (Kotwaliwale et al., 2004 ; Masoumi dan Tabil, 2003; Wilhem et al., 2004). Pertanian modern menggunakan teknik dan peralatan mekanis, thermal, elektris dan optis. Sifat bahan pertanian penting dalam disain mesin, struktur, proses dan kontrol. Sifat tersebut juga penting untuk analisis efisiensi mesin, pengembangan produk baru dan evaluasi mutu produk (Mohsenin, 1986). Variasi dari sifat fisik biji-bijian adalah tergantung pada kandungan air dan keberadaanya sangat penting dalam disain peralatan tanam, panen, operasi penanganan, transportasi, penyimpanan dan prosesing. Walaupun saat sekarang sudah banyak aplikasi teknologi alat/mesin pengolahan kakao akan tetapi pengetahuan sifat produk ini masih terbatas. Informasi sifat fisik biji kakao dan ketergantungan pada kadar air belum ada di dalam literatur. Penelitian ini dilaksanakan dengan tujuan untuk mengidentifikasi sifat-sifat fisik buah dan biji kakao yang meliputi diameter ekivalen, sphericity, volume dan luas permukaan, bulk dan true density, porositas, angle of friction dan angle of refose. Manfaat penelitian ini adalah dapat memberikan rekomendasi yang baik untuk disain alat/mesin pengolahan kakao dan penyimpanannya. METODE PENELITIAN Bahan dan Alat Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah buah kakao dan biji kakao varietas forastero, triplek, stainless steel, papan, paku, plastik polyetilen. Alat-alat yang digunakan vernier caliper, timbangan digital Kern PCB 200-2, gelas ukur, tabung, alat pengukur kadar air, lemari pendingin. Tahapan Penelitian Persiapan Bahan Biji kakao yang diteliti adalah biji kakao yang telah difermentasi dan telah dikeringkan. Biji kakao tersebut dibersihkan dari bahan-bahan asing dan biji yang rusak, selanjutnya dimasukan ke dalam plastik polyetilen dan disimpan pada ruang pendingin pada suhu 50 C selama 72 jam untuk keseragaman kadar air. Sebelum pengukuran, biji kakao tersebut dikeluarkan dari ruang pendingin dan dibiarkan pada suhu 25 - 270 C selama 3 jam. Untuk pengukuran sifat fisik buah kakao digunakan buah kakao yang baru dipanen. Pengukuran Sifat-Sifat Fisik Biji Kakao Pengukuran sifat-sifat fisik produk (kakao) dilakukan dengan tiga kali ulangan. Beberapa parameter pengukuran sifat-sifat fisik biji kakao adalah sebagai berikut: a. Ukuran dan Bentuk Sampel diambil secara random sebanyak 100 biji yang digunakan untuk menentukan diameter ekivalen (De) dan sphericity ( ) biji kakao. Diameter ekivalen akan menggambarkan ukuran biji sedangkan sphericity menggambarkan bentuk biji. Masing-masing biji diukur dimensi aksialnya yang terdiri dari dimensi mayor (L), dimensi intermediat (W) dan dimensi minor (T)-nya dengan menggunakan vernier caliper digital (ketelitian 0.01 mm). Karena ukuran biji berperan penting dalam penanganan, prosesing dan penyimpanan, maka ukuran biji diklasifikasikan ke dalam kelompok kecil (< 20 mm), sedang (20 -25 mm) dan besar (> 25 mm). Kelompok
2
Jurnal Teknologi Pertanian Andalas Vol. 19, No.1 Maret 2015. ISSN 1410-1920 Andasuryani, Nurluthfi Putra, Sandra ini didasarkan pada dimensi mayor (panjang) dan dianalis distribusi frekuensinya. Nilai diameter ekivalen dapat dihitung dengan persamaan berikut (Ciro, 1997): ...........................................................................................................(1) …….……………….……………………………………………….(2) ………….…………………………………………………………..(3) …………..…………………………………………………………(4) Keterangan: De = Diameter ekivalen (mm) F1 = Diameter rata-rata aritmetika (mm) F2 = Diameter rata-rata geometri (mm) F3 = Diameter rata-rata kuadrat (mm) L = Dimensi mayor (mm) W = Dimensi intermediat (mm) T = Dimensi minor (mm) Sphericity ( dan Das, 1997):
) biji dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut (Mohsenin, 1986; Gupta
…………………………………………………………………………………(5) b. Volume (V) dan luas permukaan (S) Volume dan luas permukaan biji kakao dapat dhitung dengan menggunakan persamaan berikut (Jain dan Bal, 1997): ………………………………………………………………………………(6) ………………………………………………………………………………(7) ……………………………………………………………………………(8)
L dimensi mayor (mm) W dimensi intermedie t (mm) T dimensi minor (mm) c.
Bulk dan True Density Bulk density adalah ratio massa sampel terhadap volume. Bulk density ditentukan dengan mengisi penuh tabung yang telah diketahui volumenya, kemudian diukur bobot sampel. Bulk density dihitung dengan persamaan berikut: (Ratnaningsih dan Ginting, 2006) ……………………………………………………………………………………(9) True density dapat dihitung dengan persamaan berikut: (Mohsenin,1986) ……………………………………………………………………………..(10) …………………………………………………………………………….(11)
3
Jurnal Teknologi Pertanian Andalas Vol. 19, No.1 Maret 2015. ISSN 1410-1920 Andasuryani, Nurluthfi Putra, Sandra
dimana : ρ b bulk density (g/cm 3 ) w massa sampel (g) v volume yang ditempati (cm 3 ) v sg volume bahan diukur dengan metode specific gravity (cm 3 ) a massa bahan diudara (g) b massa air massa wadah (g) c massa air massa wadah massa bahan (g)
a densitas air (g/cm 3 ) b true density (g/cm 3 ) d.
Porositas (P) Porositas (P) merupakan fungsi dari bulk density dan true density. Porositas dihitung dengan persamaan berikut (Joshi et al., 1993; Despande et al., 1993; Suthar & Das, 1996 ; Jha, 1999 dan Nelson, 2002). …………………………………………………………….(12)
P porositas (%) ρ b bulk density (g/cm 3 ) ρ t true density (g/cm 3 ) e.
Angle of friction Angle of friction merupakan sudut yang terbentuk saat biji mulai meluncur pada permukaan gesekan. Permukaan gesekan yang akan digunakan adalah papan triplek, plat besi, dan stainless steel. Material ini merupakan material yang digunakan untuk transportasi, penyimpanan, operasi penanganan dan box pengeringan. Silinder dengan ukuran diameter 50 mm dan tinggi 50 mm yang terbuka kedua sisinya diisi dengan biji dan ditempatkan pada pemukaan gesekan. Silinder perlahan-lahan diangkat untuk mencegah kontak dengan permukaan gesekan. Sudut pada saat biji mulai meluncur dicatat sebagai angle of friction (Dutta et al., 1998; Joshi et al., 1993; Sing & Goswami,1996; Suthar & Das,1996). f.
Angle of refose Angle of refose diperoleh dengan menggunakan kotak papan triplek yang sisi depannya dapat diangkat. Ukuran box adalah dimensi 300 mm x 300 mm x 300 mm. Kotak diisi dengan biji selanjutnya sisi depan kotak di angkat dengan cepat dan biji dibiarkan mengalir keluar dengan sudut kemiringan alaminya. Angle of refose dihitung dari mengukur jarak dari ujung kotak ke titik tengah kemiringan dan mengukur jarak dari ujung kotak ke titik tengah horizontal (Sing & Goswami,1996). HASIL DAN PEMBAHASAN Ukuran dan Bentuk Distribusi ukuran dan bentuk biji kakao diperlihatkan pada Tabel 1. Berdasarkan dimensi mayor (panjang), sekitar 79 % dari biji kakao berukuran sedang ( antara 20 – 25 mm), 12 % berukuran kecil (< 20 mm) dan 9 % berukuran besar (> 25 mm). Ukuran rata-rata adalah 22,38 mm, 13,18 mm dan 7,14 mm dengan koefisien variasinya 8,55 %, 9,41 % dan 16,92 berturut-turut untuk dimensi mayor, intermediate dan minor. Seperti yang dilaporkan oleh Oje dan Ugbor (1991), bahwa biji dengan dimensi mayor terbesar belum tentu mempunyai dimensi intermediat dan minor yang besar juga. Ini kemungkinan disebabkan oleh bentuk dan ukuran biji. Secara umum, biji kakao pada kelompok ukuran sedang mempunyai dimensi minor terbesar dengan ukuran rata-rata 7,25 ± 1,21. Ukuran biji kakao dinyatakan dalam diameter ekivalennya. Semakin besar ukuran biji, maka diameter ekivalennya akan meningkat. Nilai diameter ekivalen biji kakao berkisar 11,56 – 16,12 mm dengan nilai rata-rata 13,52 ± 1,19. a.
4
Jurnal Teknologi Pertanian Andalas Vol. 19, No.1 Maret 2015. ISSN 1410-1920 Andasuryani, Nurluthfi Putra, Sandra Nilai sphericity dari biji kakao berkisar 0,47 – 0,67 dengan nilai rata-rata 0,56 ± 0,04. Terlihat bahwa nilai sphericity meningkat dengan menurunnya ukuran biji dimana nilai sphericity tertinggi terdapat pada kelompok ukuran kecil (0,60 ± 0,03) (Tabel 1). Hal serupa yang dinyatakan oleh Asoegwu et al., (2006) bahwa nilai sphericity akan meningkat dengan menurunnya ukuran biji. Distribusi frekuensi sphericity memperlihatkan negatif skewness (-0,129) dan kurtosis (-0,367). Nilai sphericity yang rendah (0,56 ± 0,04.) memperlihatkan bentuk biji kakao yang tidak bulat (sphericity mendekati 1, bahan berbentuk bulat) akan tetapi berbentuk flat dan tidak dapat mengelinding dengan dimensi tebal sekitar 27% dari dimensi panjang. Bentuk yang flat akan membantu biji-bijian meluncur, yang merupakan suatu sifat yang dibutuhkan dalam disain hopper dan peralatan penyimpan lainnya.
No. 1 2
3
4
Tabel 1. Ukuran dan Bentuk Biji Kakao Ukuran Biji Parameter Kecil Sedang (<20 mm) (20 – 25 mm) Dimensi Mayor (L), mm Persentase, % 12 79 Dimensi Aksial Kisaran Mayor (L), mm 18,86 – 19,87 20,01 – 24,92 Intermediate (W), 10,49 – 14,77 10,39 – 16,35 Minor (T), mm 5,45 – 8,20 4,95 – 10,32 Ukuran rata-rata Mayor (L), mm 19,53 ± 0,38 22,40 ± 1,35 Intermediate (W), 12,36 ± 1,19 13,15 ± 1,17 Minor (T), mm 6,76 ± 0,90 7,25 ± 1,21 Diameter ekivalen Diameter rata-rata aritmetika 12,10 – 13,82 12,79 – 16,37 Diameter rata-rata geometri 11,03 – 12,89 11,06 – 15,53 Diameter rata-rata kuadrat 11,54 – 13,31 11,96 – 15,95 Diameter Ekivalen 11,56 – 13,31 11,94 – 15,95 Ukuran rata-rata Diameter rata-rata aritmetika 12,88 ± 0,54 14,26 ± 0,76 Diameter rata-rata geometri 11,74± 0,65 12,82± 0,84 Diameter rata-rata kuadrat 12,33 ± 0,59 13,55 ± 0,77 Diameter Ekivalen 12,32 ± 0,59 13,54 ± 0,78 Sphericity Kisaran 0,56 – 0,66 0,49 – 0,67 Rata-rata 0,60 ± 0,03 0,57 ± 0,04
Besar (>25 mm) 9
25,24 - 27,66 13,62 – 15,70 4,94 – 9,45 25,99 ± 0,79 14,57 ± 0,78 6,72 ± 1,47 14,92 – 16,85 12,17 – 15,42 13,68 – 16,09 13,59 – 16,12 15,76 ± 0,64 13,58± 1,00 14,72 ± 0,75 14,69 ± 0,78 0,47 – 0,58 0,52 ± 0,04
Distribusi frekuensi (Tabel 2) memperlihatkan positif skewness untuk ketiga dimensi aksialnya, dengan nilai berturut-turut 0,327; 0,335, dan 0,275. Begitu pula dengan nilai diameter ekivalennya juga memperlihatkan skewness dan kurtosis posistif. Tabel 2. Pengujian Skewness dan Kurtosis untuk pengukuran parameter No Parameter Skewness Kurtosis 1 Dimensi mayor 0,327 -0,423 2 Dimensi intermediat 0,335 -0,361 3 Dimensi minor 0,275 0,128 4 Diameter rata-rata aritmetika 0,278 -0,134 5 Diameter rata-rata geometri 0,335 0,213 6 Diameter rata-rata kuadrat 0,306 0,035 7 Diameter ekivalen 0,298 0,058 8 Sphericity -0,129 -0,367 9 Volume 0,906 1,728 10 Luas permukaan 0,559 0.688 Standar error skewness = 0,241 Standar error kurtosis = 0,478
5
Jurnal Teknologi Pertanian Andalas Vol. 19, No.1 Maret 2015. ISSN 1410-1920 Andasuryani, Nurluthfi Putra, Sandra b.
Volume (V) dan luas permukaan (S) Distribusi volume dan luas permukaan biji kakao dapat dilihat pada Tabel 3. Semakin besar volume dan luas permukaan biji kakao, maka semakin besar pula kelompok ukuran biji kakao. Rata-rata volume biji kakao berkisar dari 559,23 - 825,40 mm3 dan rata-rata luas permukaan biji kakao berkisar dari 365,47 – 497,02 mm2. Volume dan luas permukaan biji kakao sangat dipengaruhi oleh dimensi aksial biji kakao. Distribusi frekuensi volume biji kakao (Tabel 2) memperlihatkan skewnees (0,906) dan kurtosis (1,728) yang positif, begitu pula halnya dengan luas permukaan yang mempunyai skewnees (0,559) dan kurtosis (0,688).
No. 1 2 1 2
Tabel 3. Volume dan luas permukaan biji kakao Ukuran Biji Kecil Sedang Parameter (<20 mm) (20 – 25 mm) Volume, mm3 452,27 - 764,21 437,30 - 1356,46 Luas permukaan, mm2 321,99 - 439,23 327,57 - 638,28 Ukuran rata-rata Volume, mm3 559,23 ± 108,41 717,20 ± 157,86 Luas permukaan, mm2 365,47 ± 40,59 438,16 ± 56,48
Besar (>25 mm) 564,64 - 1234,97 403,51 - 629,33 825,40 ± 207,88 497,02 ± 69.46
c.
True , Bulk Density dan Porositas True density merupakan sifat yang digunakan dalam proses pemisahan dari bahan yang lebih ringan sedangkan nilai bulk density diperlukan dalam proses penyimpanan. True density biji kakao berkisar dari 0,982 – 1,033 g/cm3 dengan nilai rata-rata 1,0014 ± 0,01 g/cm3. Nilai ini lebih kecil dibandingkan dengan nilai true density biji kacang (1,102 g/cm3) dan biji bunga matahari (1,023 g/cm3) (Nelson, 2002). Sementara itu bulk density biji kakao berkisar dari 0,410 – 0,427 g/cm3 dengan nilai rata-rata 0,420 ± 0,01 g/cm3. Rata-rata porositas biji kakao 56,25 %. Nilai ini mendekati nilai porositas biji yang berbentuk flat (Joshi et al., 1993). d.
Angle of Friction dan Angle of Refose Angle of friction atau sudut peluncuran diperlukan oleh biji-bijian ketika mengalir sehingga nilai ini sangat dibutuhkan dalam desain hopper, media transportasi dan penyimpanan. Rata-rata nilai angle of friction dari biji kakao pada permukaan gesek stainless steel (29,33 ± 0,58), plat besi (24,67 ± 0,58) dan triplex (23,33 ± 0,58). Kehalusan dan kekasaran permukaan gesek akan mempengaruhi bahan meluncur diatasnya. Rata-rata angle of refose biji kakao adalah 350, nilai ini lebih tinggi dari angle of refose biji coriander (24,910 – 30,700). e.
Hubungan kadar air terhadap dimensi aksial biji kakao Dimensi aksial biji kakao pada berbagai kadar air dapat dilihat pada Gambar 1. Semua dimensi aksial biji kakao secara signifikan berkorelasi dengan kadar air. Dimensi mayor, intermediate dan minor akan menurun seiring dengan menurunnya kadar air bahan. Perubahan dimensi ini karena berkurangnya kandungan air pada bahan. Hubungan antara dimensi aksial dapat dinyatakan dalam persamaan regresi berikut:
L 0,004 x 2 0,0263x 20,867
R 2 0,9618
W 0,0027 x 2 0,0255 x 11,573
R 2 0,9915
T 0,0074 x 2 0,01372 x 6,6649
R 2 0,9406
dengan L = dimensi mayor (mm), W = dimensi intermediat (mm), T = dimensi minor (mm), dan x = kadar air (d.b) (%).
Dimensi Axial (mm)
25 20 15
10 5 0 4
7
10
13
16
19
22
25
Kadar Air, % (d.b) Mayor
Intermediate
Minor
Gambar 1. Hubungan Kadar Air dengan Dimensi Axial Biji Kakao 6
Jurnal Teknologi Pertanian Andalas Vol. 19, No.1 Maret 2015. ISSN 1410-1920 Andasuryani, Nurluthfi Putra, Sandra f.
Hubungan kadar air terhadap luas permukaan biji kakao Luas permukaan biji kakao pada berbagai kadar air dapat dilihat pada Gambar 2. Luas permukaan secara polynomial meningkat dengan meningkatnya kadar air biji kakao. Penelitian sebelumnya juga memperlihatkan hasil yang sama (Shepherd dan Bhardwaj (1986), Baryeh (2001), dan Baryeh (2002)) untuk biji bayam, bambara nuts dan biji millet. Variasi luas permukaan dengan kadar air dari biji kakao dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:
L 0,3803x 2 5,6979 x 357,07
R 2 0,9968
2
Luas permukaan biji (mm 2 )
dengan L = Luas = mm dan x = kadar air (d.b) (%)
400 390 380 370 360 350 340 330 4
7
10
13
16
19
22
Kadar air, % (d.b)
Gambar 2. Hubungan Kadar Air dengan Luas Permukaan Biji Kakao g.
Hubungan kadar air terhadap volume biji kakao Volume biji kakao pada berbagai kadar air dapat dilihat pada Gambar 3. Volume biji kakao secara polynomial meningkat dengan meningkatnya kadar air biji kakao. Variasi luas permukaan dengan kadar air dari biji kakao dapat dinyatakan dengan persamaan berkut:
V 0,9723x 2 15,9030 x 527,31
R 2 0,9905
dengan V= volume = mm3 dan x = kadar air (d.b) (%)
Volume biji (mm 3 )
650 600
550 500 450 400 4
7
10
13
16
19
22
Kadar air, % (d.b)
Gambar 3. Hubungan Kadar Air dengan Volume Biji Kakao h.
Sifat Fisik Buah Kakao Buah kakao memiliki dimensi mayor (panjang) 13,75 – 20,50 cm dengan panjang rata-rata 16,38 ± 3,01 cm, sementara itu dimensi intermediate dengan dimensi minor hampir mendekati ukuran yang sama. Buah coklat berbentuk oblong karena dimensi minor sekitar 49,75 % dari dimensi mayor dengan sphericity 0,64 ± 0,07. Volume dan luas permukaan buah kakao dipengaruhi oleh dimensi aksial buah kakao, semakin besar ukuran dimensi aksial buah kakao maka semakin besar volume dan luas permukaan buah kakao.
7
Jurnal Teknologi Pertanian Andalas Vol. 19, No.1 Maret 2015. ISSN 1410-1920 Andasuryani, Nurluthfi Putra, Sandra
No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Parameter
Tabel 4. Sifat Fisik Buah Kakao Rata-rata
Dimensi mayor, cm Dimensi intermediate, cm Dimensi minor, cm Diameter rata-rata aritmetika, cm Diameter rata-rata geometri, cm Diameter rata-rata kuadrat,cm Diameter ekivalen, cm Sphericity Volume, cm3 Luas permukaan, cm2
16.38 ± 3.01 8.36 ± 0.54 8.15 ± 0.50 10.96 ± 1.10 10.34 ± 0.80 10.60 ± 0.91 10.63 ± 0.93 0.64 ± 0.07 394.43 ± 83.45 285.34 ± 45.42
Kisaran 13.75 – 20.50 7.80 – 9.20 7.80 – 9.00 10.10 - 12.65 9.71 - 11.78 9.88 - 12.14 9.96 - 12.19 0.53 - 0.73 332.53 - 556.49 249.48 -366.94
KESIMPULAN Kesimpulan yang dapat diperoleh dari penelitian ini adalah: 1. Dimensi mayor, intermediate dan minor dari biji kakao rata-ratanya adalah 22,38 mm, 13,18 mm dan 7,14 mm. 2. Sphericity biji kakao kecil dari 1, sehingga biji kakao sulit untuk menggelinding. 3. True density biji kakao adalah 1,0014 g/cm3, yang memperlihatkan bahwa biji kakao tidak mengapung di dalam air. Sifat ini dibutuhkan dalam proses pemisahan. 4. Bulk density, porositas,volume, luas permukaan berturut-turut sebagai berikut 0,42 g/cm3; 56,26%; 168,63 mm3; dan 63,48 mm2. 5. Kadar air perpengaruh terhadap dimensi aksial, luas permukaan dan volume biji kakao 6. Diameter ekivalen, sphericity, volume dan luas permukaan buah kakao berturut-turut 10,63 cm; 0,64; 394,43cm3 dan 285,34cm2. Nilai sphericity yang kecil dari 1 menunjukkan bahwa buah kakao berbentuk oblong dengan ukuran dimensi minor 49,75 % dari dimensi mayor. DAFTAR PUSTAKA Aremu AK dan SO Fowowe. 2000. Development and performance evaluation of a manually operated plantainslicing machine. Proc. Nigerian Institution of Agric. Engineers 22: 30-35. Asoegwu S, O Ohanyere, Kanu dan C Iwueke. 2006. Physical Properties of African Oil Bean Seed (Pentaclethra macrophylla). Agricultural Engineering International: the CIGRE journal. Vol. VIII. Asoegwu SN 1995. Some physical properties and cracking energy of conophor nuts at different moisture contents. Int. Agrophysics 9: 131 – 142. Asoegwu SN dan JO Maduike. 1999. Some physical properties and cracking energy of Irvingea gabonensis (ogbono) nuts. Proc. Nigerian Institution of Agric. Engineers 21:131 – 137. Aviara NA, MI Gwandzang, dan MA Haque. 1999. Physical properties of guna seeds. Journal of Agricultural Engineering Research: 73(2): 105 – 111. Carman K. 1996. Some physical properties of lentil seeds. Journal of Agricultural Engineering Research: 63: 89 – 98 Chakraverty, Amalendu dan Singh R.Paul. 2001. Postharvest Techolology : cereal, pulses, fruits and vegetables. Science Publishers, Inc.,Enfield,NH,USA. Chang CS. 1988. Measuring density and porosity of grain kernels using a gas pycnometer. Cereal Chemistry. 65 (1): 13 – 15. Ciro VHJ. 1997. Estudio Dinámico de la Café para el Desarrollo de la Cosecha Mecánica por Vibración Thesis B. Sc. (Agricultural Engineering). Universidad Nacional de Colombia, Medellín, Colombia. Coşkuner, Yalcin dan K Erşan. 2007. Physical properties of coriander seed ( Coriandrum sativum L.). Departement of food Engineering, Univ. of Mersin Turkey. Deshpande SO, S Bal dan TP Ojha. 1993. Physical properties of soybean. Journal of Agricultural Engineering Research: 56: 89 – 98. 8
Jurnal Teknologi Pertanian Andalas Vol. 19, No.1 Maret 2015. ISSN 1410-1920 Andasuryani, Nurluthfi Putra, Sandra Dutta SK, VK Nema, dan R.K Bhardwaji.1988. Physical properties of grain. Journal of Agricultural Engineering Research: 39: 2159 – 268. Gupta RK dan K Nachiket. 1999. Bio engineering properties of oilseeds. In: Processing and Storage of Oilseeds for Food Uses. Central Institute of Agric. Engng (CIAE), Bhopal, India, C3-1 to C3-11. Jain RK dan S Bal. 1997. Properties of pearl millet. Journal of Agricultural Engineering Research, 66, 85–91. Jha NS. 1999. Physical and hygroscopic properties of makhana. Journal of Agricultural Engineering Research: 72:145-150. Joshi DC, SK Das dan RK Mukherjee. 1993. Physical properties of pumpkin seeds. Journal of Agricultural Engineering Research: 54:219 – 229. Kachru RP, RK Gupta dan A Alam. 1994. Physico-Chemical Constituents and Engineering Properties of Food Crops. Jodhpur Scientific Publishers Keay RWJ. 1989. Nigerian Trees. Claredon Press, UK. 281 pp. Kotwaliwale N, GH Brusewitz dan PR Weckler. 2004. Physical characteristics of pecan components: effect of cultivar and relative humidity. Trans. American Society of Agricultural Engineers. 47 (1): 227 – 231. Masoumi AA dan L Tabil. 2003. Physical properties of chickpea (C. arientinum) cultivers. Paper No. 036058 for 2003 ASAE Annual Meeting, Las Vagas, Nevada, USA 27 – 30 July 2003. ASAE St Joseph MI USA Mohsenin NN. 1986. Physical Properties of Plant and Animal Materials. 2 nd Edition. Gordon and Breach Science Publishers. New York.N.Y. Nelson SO. 1992. Correlating dielectric property of solids and particulate samples through mixture relationships. Trans. American Society of Agricultural Engineers. 35 (2): 625 – 629. Oh I H, SH Jo dan KS Rhim. 2001. A new method for determining apparent density and void fraction in a tobacco column, Trans. American Society of Agricultural Engineers. 44 (3): 651 - 654 Ratnasingsih dan E Ginting. 2006. Beberapa Sifat Fisik Biji 17 Genotipe Kacang Hijau (Vigna Radiata). Prosiding Seminar Nasional Mekanisasi Pertanian. Bogor 20-30 November 2006. Singh KK, BS Reddy, AC Varshney dan S Mangraj. 2004. Physical and functional properties of orange and sweet lemon. Applied Engineering in Agriculture. 26 (6): 821 – 823. Suthar SH dan SK Das. 1996. Some physical properties of Karingda (Citrullus lanatus Thumb Mansf) seeds. Journal of Agricultural Engineering Research: 65:15 – 22. Tabatabaeefar, A. H. Aghagoolzadeh and H. Mobli. 2002. The design and development of a chickpea second sieving and grading machine. Paper No 021175. 2002 ASAE Annual International Meeting/CIGR XVth World Congress. Chicago. Illinois, USA 28 - 31 July 2002. Tjiptrosoepomo, G. 1988. Taksonomi Tumbuhan (Spermatotphyta). Yogyakarta: Gadjah Mada University Press. Ureña MO, MG Galvản dan AA Teixeira. 2002. Measurement of aggregate true particle density to estimate grain mixture composition. Trans. American Society of Agricultural Engineers. 45 (5): 1925 – 1928. Wilheim LR , D A Suter dan GH. 2004. Physical Properties of Food Materials. Chapter 2. In Food and Process Engineering Technology. P. 23 – 52. St Joseph, Zapfack L, M Ngobo, N Tchamon, S Weise dan A Gallason. 1999. Plant diversity and non-timber forest products of short fallows in southern Cameroon. In International Institute for Tropical Agriculture Project 1 1999. Shallow Fallow Systems. P. 46 – 49.
9
